Pt基合金催化剂的调控及醇类电氧化性能研究

化石能源短缺与环境污染是当今社会发展面临的两大挑战,直接醇类燃料电池作为化石燃料的潜在替代能源引起广泛关注。金属Pt被认为是最有发展前景的阳极电催化剂,然而,由于Pt价格昂贵且易被毒化等原因极大地限制了直接醇类燃料电池的发展。本论文通过湿化学法分别制备了PtSn/C、PtNi/C和Pt/C纳米催化剂,亲氧金属Sn和Ni的掺入显著提高了其对甲醇和乙醇电氧化的活性和稳定性,其中PtSn/C对甲醇电氧化的峰电流密度高达5.4 mA/cm^(2),是Pt/C催化剂的1.5倍;与此同时,PtSn/C纳米催化剂对乙醇电氧化展现优异的催化性能,正向扫描峰电流密度是Pt/C催化剂的1.4~1.5倍。

Pt-Ru-W/C催化剂对乙醇电催化氧化研究

为了提高直接乙醇燃料电池阳极催化剂的催化活性,降低贵金属载量,采用热还原法制备了Pt-Ru-W/C催化剂,比较了Pt-Ru-W/C和相同前驱体用化学还原法制备的Pt-Ru/C催化剂对乙醇的电催化氧化行为;在0.5mol/L乙醇和0.5mol/L硫酸混合溶液中考核了上述催化剂对乙醇电催化氧化活性;通过X射线衍射光谱法(XRD)技术对催化剂的晶体结构进行了分析;结果表明:两种催化剂都具有Pt的面心立方晶格结构,晶格参数都小于Pt/C催化剂;计算表明Pt-Ru-W/C粒径较小,为6.5nm左右;Pt-Ru-W/C电化学活性比表面积小于Pt-Ru/C催化剂,但由于W的助催化作用使Pt-Ru-W/C对乙醇的电催化活性和抗乙醇中间产物毒化的能力高于Pt-Ru/C催化剂。

固相反应制备的Pt/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性

用固相反应法制备了Pt/C催化剂(Pt/C(s)),并研究了该催化剂对乙醇氧化的电催化活性。XRD和TEM测量表明,Pt/C(s)中Pt的平均粒径为3.8nm,结晶度为2.38,远小于用传统的液相还原方法制得的Pt/C催化剂(Pt/C(1))的平均粒径(8.5nm)和结晶度(5.56)。因此,Pt/C(s)对乙醇的电催化氧化性能远好于液相还原法制得的Pt/C(1)。

固相反应法制备的Pt/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

直接甲醇燃料电池(DMFC)由于具有燃料来源丰富、价格低廉、易于携带储存等优点,近年来一直是世界上许多国家研究和开发的热点[1].但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索寻找新的液体燃料以替代有毒性的甲醇.其中乙醇很易从农作物中大量生产,又无毒,因此很有可能用作为替代甲醇作DMFC的燃料.

反应pH值对微波法合成的Mo修饰的Pt/C催化剂结构和乙醇电氧化催化性能的影响

通过调节微波反应溶液的pH值合成了一系列Mo修饰的Pt/C催化剂并用于乙醇的电氧化催化反应.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的晶型结构、微观形貌、粒径尺寸和表面电子结构进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和电化学阻抗谱(EIS)对催化剂的乙醇电氧化催化性能进行了测试.结果表明,碱性环境有利于催化剂组分在碳载体上的均匀分布,pH值为14时制得的催化剂组分颗粒尺寸最小,且分布最均匀.该催化剂不仅表现出了最大的有效电化学比表面积和最高的乙醇电氧化催化活性,而且具有最稳定的乙醇氧化催化性能.

Pt-ZrO_2/C电催化剂在碱性介质中对乙醇的电氧化

制备了Pt ZrO2/C催化剂,采用TEM,XRD等技术对其进行表征.利用循环伏安和电化学阻抗谱等方法研究Pt ZrO2/C催化剂在碱性溶液中对乙醇氧化的电化学活性,并与Pt/C催化剂(20%Pt,E TEK)进行对比.研究结果表明,Pt ZrO2/C催化剂具有较高的乙醇电氧化催化活性.电流密度最高的是n(Pt)∶n(ZrO2)为1∶1的样品,该比值为1∶4时显示出最低乙醇氧化峰电势.

Nd修饰的PtSn/C催化剂对乙醇的电催化氧化性能

利用浸渍还原法,以甲酸为还原剂制备了PtSnNd/C和PtSn/C纳米催化剂。XRD测量了催化剂的粒径和晶格参数,循环伏安法和计时电流法测试了催化剂对乙醇的催化氧化性能。结果表明,添加Nd可以明显提高PtSn/C催化剂对乙醇的电催化氧化活性,峰电流密度增大了86%。

Pt-Ru/C催化剂在甲醇电氧化过程中的组成和结构变化

本文研究了Pt—Ru／C催化剂在甲醇电催化氧化过程中组成和结构的变化。结果表明：在扫描初期．Pt-Ru催化剂的表面处于富Ru状态，Pt—Ru催化剂显示出良好的协同效应，峰电位较低，峰电流密度也较小。随着扫描圈数的增加（1～35圈），催化剂表面Ru原子逐渐溶解，Pt-Ru协同效应减弱，峰电位逐渐增大；同时，随着Ru的溶解，催化剂表面Pt原子含量的增加，催化剂对甲醇氧化的峰电流密度逐渐增大。继续增加扫描圈数（36—80圈），催化剂表面Ru原子含量趋于稳定，但Pt原子发生表面重组，粒子粒径增大，从而导致催化剂对甲醇电氧化性能下降。

微乳液法制备的PtSn/C催化剂对乙醇的电催化氧化性能

以甲酸钠为还原剂,在水/triton X-100/乙二醇/环己烷的W/O型微乳液中制备PtSn/C催化剂.采用X射线衍射(XRD)分析催化剂的结构,循环伏安法和电化学阻抗谱法测试催化剂对乙醇的催化氧化性能.结果表明,微乳法制备的PtSn/C催化剂部分合金化,与Pt/C相比,PtSn/C对乙醇的电催化氧化活性有明显提高,具有更高的抗CO中毒能力.

胶态Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化性能

研究了Pt金属载量为20%的碳载胶态Pt金属催化剂对甲醇的电催化氧化性能,并与E TEK公司同类型催化剂进行了比较。X衍射光谱(XRD)和透射电镜(TEM)研究显示在胶态Pt/C催化剂中,Pt粒子的平均粒径为3.8nm,并且具有良好的均一度。电化学研究显示:尽管胶态Pt/C催化剂拥有相对较小的电化学活性面积,但对甲醇的电催化氧化性能却明显优于E TEK公司的Pt/C催化剂,其原因应归结于利用有机溶胶法制得的胶态Pt/C催化剂拥有更合理的平均粒径。

直接甲醇燃料电池Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化研究

通过循环伏安法研究了Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化活性,详细地考察了甲醇浓度、温度、介质以及酸度等电化学体系因素对Pt/C催化剂活性的影响。结果表明,上述四个电化学体系因素对Pt/C催化剂活性存在着明显的影响。甲醇浓度和温度的增加可以显著降低工作电极内阻,增加电极反应速率,提高Pt/C催化剂活性。改善溶液介质和控制适宜的酸度有利于Pt/C催化剂活性的提高。在本实验条件下,其最佳的运行工艺参数为:溶液介质为二次去离子水,酸度为1.0 mol/L H2SO4。

电化学活化条件对Pt/C催化剂甲醇电氧化催化活性的影响

利用亚硫酸路线和亚锡酸法合成了两种Pt/C催化剂,并利用循环伏安技术,详细地研究了循环伏安高电位和活化方式对Pt/C催化剂的甲醇电氧化催化活性的影响.研究结果表明:在改变高电位的逐步循环伏安活化方式下,不同的Pt/C催化剂的活化存在有不同的最优循环伏安高电位;在最优高电位下,一次性活化方式对亚锡酸法Pt/C催化剂的活化最为有效.不同的活化条件产生不同的催化活性,主要原因在于不同的活化过程形成的最终的Pt的存在形式不一样,致使催化剂对水和阴离子具有不同的吸附能力和吸附速率.

含氧复合型Pt/C催化剂的制备、表征及其对甲醇电氧化催化性能的研究

利用亚锡酸对氯铂酸的弱的多步骤还原制备新型Pt/C催化剂.用XRD、HRTEM、EDS、DSC以及氢吸附电化学对所制备的催化剂进行了表征,并用循环伏安和恒电位极化对其进行了甲醇电氧化催化活性测定.实验结果表明,应用亚锡酸法合成的Pt/C催化剂具有很高的甲醇电氧化催化活性,在0.5V(SCE)电位下,其质量活性约为亚硫酸路线合成的Pt/C催化剂的2倍.亚锡酸法可在纳米尺度范围内生成金属Pt和Pt氧化物共存的复合型碳载催化剂,这种含氧复合型催化剂可以促进Pt在甲醇电氧化过程中双功能作用的有效协调.

碳载体的O_3处理对直接甲醇燃料电池Pt-Ru/C催化剂性能的影响

为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化剂的催化活性,利用O_3处理的Vulcan XC-72碳黑为载体,制备Pt-Ru/C催化剂,并与未经处理的Vulcan XC-72为载体制备的Pt-Ru/C催化剂的性能进行比较.采用XPS和BET测试了O_3处理后碳粉表面的含氧浓度和比表面积,结果表明,随处理时间延长,碳表面含氧浓度先减少后增加,比表面积减小;而随着处理温度升高,比表面积增加,含氧浓度先减少后增加.XRD,TEM方法对催化剂的结构及形貌的表征结果表明:O_3处理的碳黑为载体制备的Pt-Ru/C催化剂粒径均匀、分散性好.在0.5mol/L CH3OH和0.5mol/L H2SO4溶液中,利用粉末微电极测试了循环伏安和稳态极化曲线,结果表明:O_3处理碳粉为载体的催化剂比未经处理的碳粉为载体的催化剂的活性高.研究了O_3处理碳粉的时间和温度对催化剂性能的影响,电化学测试表明:140℃处理6min的碳粉为载体制备的催化剂对甲醇的电催化氧化活性最佳.

PtTe/C催化剂的制备及其对乙醇的电催化氧化性能

采用无机溶胶法制备了用于乙醇燃料电池的PtTe/C催化剂;利用X射线衍射仪分析了催化剂的结构,采用循环伏安法和电化学阻抗法测试了PtTe/C催化剂对乙醇的电催化氧化性能.结果表明,与商业Pt/C催化剂相比,PtTe/C催化剂对乙醇的催化氧化效率明显较高,可使乙醇氧化峰电流密度提高27%,且具有更高的抗CO中毒能力.

Mo掺杂对Pt/C催化剂乙醇氧化催化性能的影响

直接乙醇燃料电池(DEFC)由于其高能量密度、绿色无污染等优势受到广泛关注,寻找和开发具有高乙醇氧化催化活性和抗CO中毒能力的阳极催化剂对DEFC的未来发展和商业应用具有重要意义。本研究采用微波法合成了一系列Mo掺杂的Pt/C催化剂,并通过循环伏安法、交流阻抗法、计时电流法等电化学技术考察了Mo的掺杂量对Pt/C催化剂乙醇氧化催化活性和稳定性的影响。结果表明:Pt2Mo/C催化剂在乙醇氧化催化过程中表现出与Pt/C相当的起始电位、最大的峰电流密度和最慢的衰减速度,说明该催化剂具有最高的乙醇氧化催化活性和最稳定的工作性能。

甲酸在Pd-Ru/C催化剂上的电催化氧化

采用液相化学还原浸渍法制备高分散的炭载钯钌(Pd-Ru/C)催化剂;运用X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、循环伏安法(CV)和线性扫描法(LSV)等技术分析催化剂的结构、组成及催化剂对甲酸的电催化氧化性能;通过不同温度线性扫描曲线获得不同电位下甲酸在Pd-Ru/C催化剂上氧化反应的活化能。结果表明,与Pd/C、Ru/C催化剂相比,Pd-Ru/C催化剂对甲酸的电催化氧化具有更高的电催化活性;在较高电位时,甲酸在Pd-Ru/C催化剂上的电催化氧化对温度更敏感。

Pt羰基簇合物途径制备的Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化

通过Pt羰基簇合物在N2气氛下于150℃热分解制得了无定形的碳载纳米Pt催化剂.发现甲醇在这种催化剂上氧化的起始电位和峰电位均比在传统的液相还原法制得的Pt/C催化剂上发生了负移,峰电流也有明显的增加,且稳定性好.表明通过Pt羰基簇合物热分解制备Pt/C催化剂是一种较好的制备甲醇氧化电催化剂的方法.

Pt-SnO_2/C催化剂制备及对乙醇电催化性能测试

使用溶胶凝胶法制备了具有电催化活性的Pt-SnO2／C催化剂，并采用XRD、场透射电子显微镜及电化学测试手段对其进行表征。XRD及场发射透射电子显微镜的结果显示所制得的催化剂平均粒径约为4～20nm。采用循环伏安，交流阻抗的测试手段测试了其在乙醇体系中的电催化活性。该催化剂在乙醇电氧化过程中具有很好的稳定性和较高的电催化活性，其电催化活性高于Pt／C。

具有高活性和突出的抗中毒性能的Pt修饰Ru/C催化剂的制备和表征(英文)

采用两步浸渍-还原法制备了一种具有高Pt利用效率,高性能的Pt修饰的Ru/C催化剂(Ru@Pt/C).对于甲醇的阳极氧化反应,该催化剂的单位质量铂的催化活性分别为Pt/C、自制PtRu/C和商业JMPtRu/C催化剂的1.9、1.5和1.4倍;其电化学活性比表面积分别为Pt/C和自制PtRu/C的1.6和1.3倍.尤为重要的是该催化剂对甲醇氧化中间体具有很好的去除能力,其正向扫描的氧化峰的峰电流密度(If)与反向扫描氧化峰的峰电流密度(Ib)之比可高达2.4,为Pt/C催化剂的If/Ib的2.7倍,表明催化剂具有很好的抗甲醇氧化中间体毒化的能力.另外,Ru@Pt/C催化剂的稳定性也高于Pt/C、自制PtRu/C和商业JMPtRu/C催化剂的稳定性.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征,Pt在Ru表面的包覆结构得到了印证.Ru@Pt/C的高铂利用效率、高性能和高抗毒能力使其有望成为一种理想的直接甲醇燃料电池电催化剂.